Báo cáo tiểu luận di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen)

báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen). báo cáo di truyền học vi sinh vật (tổng hợp DNA, RNA, protein, sự điều hòa biểu hiện gen).

Chapter 4

Microbial genetics

Di truyền học vi sinh vật

The Flow of Genetic Information

Nucleotides :

Base + sugar + phosphoryl group

• Purines và pyrimidines là hợp chất dị vòng có chứa nguyên tử N

DNA Synthesis

thủy phân các dNTPs, loại ra các pyrophosphate.

• Mỗi bước được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác dưới sự điều khiển của enzyme đặc hiệu.

• Sự tổng hợp cả hai mạch theo cùng hướng vì mạch khuôn chậm được uốn vòng để quay 180o tại chạc ba tái bản, trở nên cùng hướng với mạch khuôn tới.

CÁC ENZYME THAM GIA TÁI BẢN DNA

• Protein nhận biết và bám vào khởi điển để từ đó hình

thành nên phức hợp mở ( E.coli : protein dna A)

• DNA gyrase: mở cuộn DNA siêu soắn phái trước mỗi

chạc tái bản

• Helicase: tháo xoắn DNA sợi kép tại mỗi chạc tạo thành

sợi đơn ( E.coli : protein dnaA hoặc protein rep)

• Protein SSB: bám vào các DNA sợi đơn do helicase tách

ra, giữ tạm thời và không dích trở lại mà nhờ đó mỗ sợi đơn mới có thể làm khuôn cho tái bản

• Primase : tổng hợp RNA mồi (E.coli : protein dna G)

CÁC ENZYME THAM GIA TÁI BẢN DNA

• Primase : tổng hợp RNA mồi (E.coli : protein dna G)

• Các DNA polymerase xúc tác chính cho việc tổng hợp

DNA mới nhờ có hoạt tính xúc tác: polymerase 3’-5’, một

số còn có hoạt tính đọc sửa

• DNA plymezase vừa căt bỏ đoạn mồi đi trước nhờ hoạt

tính cắt bỏ, vừa kéo dài đoạn okazaki theo sau lấp chỗ chống

• DNA ligase: hàn liền khe hở giữa các DNA mới bằng cách

hình thành các liên kết

• 3’ – 5’ phosphodiester.

NHỮNG THÀNH PHẦN THAM GIA TÁI BẢN DNA

• DNA làm khuôn mẫu.

• Các nucleoside triphhosphate : dATP, dGTP, gTTP, dCTP.

• Cation hóa trị hai.

• Các enzim đặc hiệu.

SỰ TÁI BẢN Ở PROKARYOTE

KHỞI ĐẦU KÉO DÀI KẾT THÚC

GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU

 Tại phân tử ADN xoắn kép nơi bắt đầu sự tái bản các protein BSS xác định vị trí khởi đầu sự tái bản và ngăn cản 2 sợi đơn kết hợp lại với nhau

 DNA helicase gắn với protein SSB xác định vị trí bắt đầu xoắn kép Sau đo helicase được giải phóng khỏi phức hợp tiếp tục mở xoắn tạo nên như một cái dĩa chẽ

hai.Tiếp đó halicase gắn tiếp với DNA Primase để tạo phức hợp Primosome.DNA Primose tổng hợp RNA mồi

để giúp cho DNA- polymerase bắt đầu tổng hợp chuỗi DNA

GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU

GIAI ĐOẠN KÉO DÀI

• Tại sợi mẫu cho tổng hợp chuỗi liên tục DNA polymerase

cùng với phân tử protein có tác dụng kẹp giữ cho

DNA-pholymerase trượt trên sợi đơn mẫu, trượt đến đâu thì tổng họp DNA đến đó bằng cách trùng hợp nucleotit theo chiều 5’-3’ Tại sợi đơn mẫu cho tổng hợp chuỗi gián đoạn còn gọi là sợi chậm DNA- pholymerase ú tác việc gắn

nucleotit vào RNA mồi để tổng hợp nên đoạn DNA

( okazaki)

GIAI ĐOẠN KÉO DÀI

GIAI ĐOẠN KẾT THÚC

 Tại sợi tổng hợp gián đoạn : những RNA mồi bị loại bỏ bởi các enzim

 Sự loại bỏ RNA để lại những khoảng chống

 Những khoảng chống được hoàn thiện bởi các DNA

Polymerase và enzim gắn DNA ligase

 Tại sợi tổng hợp liên tục mã kết thúc sẽ báo hiệu kết

thúc tổng hợp sợi DNA liên tục hay sợi nhanh mới

Cắt mồi tổng hợp đoan DNA ngắn ở chỗ hở

Hàn kín mạch Cắt hở 1 mạch Cắt hở 2 mạch

SỰ TÁI BẢN Ở EUKARYOTE

 Tuy nhiên có 1 số điểm khác sau:

- Sự tái bản bắt đầu cùng một lúc ở nhiều điểm

khởi đầu

- Hệ thống các DNA polymerase ở eukaryote phức tạp

hơn so với ở prokaryote, bao gồm:

• Polymerase α/primase: Có chức năng tổng hợp mồi cho primase: Có chức năng tổng hợp mồi cho mạch tới và cho cả những đoạn Okazaki của mạch

chậm Polymerase này tiếp tục kéo dài DNA nhưng

nhanh chóng bị thay bởi polymerase δ trên mạch tới và polymerase ε trên mạch chậm Polymerase α không có hoạt tính exenuclease

SỰ TÁI BẢN Ở EUKARYOTE

• Polymerase β: Có chức năng giống DNA polymerase I

ở prokaryote, nghĩa là tổng hợp đi kèm với sửa sai và hoàn chỉnh mạch mới sau khi mồi RNA được loại bỏ

• Polymerase δ và polymerase ε : Có chức năng kéo dài DNA Trong đó khả năng tổng hợp đoạn DNA dài nhất thuộc về polymerase δ với sự trợ giúp của PCNA Cả hai enzyme này đều có khả năng đọc và sửa sai

• Polymerase : Được tìm thấy trong ti thể, chức năng

chưa rõ

• Ngoài các polymerase kể trên, hệ thống tái bản ở

eukaryote còn có sự tham gia của nhiều protein chuyên biệt như PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen - kháng nguyên trong tế bào đang phân chia) có chức

năng hoạt hóa các polymerase δ và ε, các nhân tố tái

bản A và C (Replication Factor, RF -A, RF - C) cần cho hoạt động của các polymerase α và δ

SỰ TÁI BẢN Ở EUKARYOTE

Replication of Bacterial DNA

CƠ CHẾ TỔNG HỢP RNA – PHIÊN MÃ

Phiên mã là qua trình tổng hợp RNA khác nhau từ thông tin di truyền chứa đựng trong DNA

Đặc điểm chung của phiên mã ở Eukaryot và prokaryote:

• Diễn ra dưới tác dụng của enzim RNA polymerase

• Vùng DNA chứa gen được mở xoắn cục bộ và chỉ có 1 sợi có nghĩa dùng làm mạch khuôn

• Phản ứng tổng hợp diễn ra theo nguyên tắc bổ xung, kéo dài theo chiều 5’-3’ , ngược với chiều của sợi

khuôn

• nguyên liệu: ATP, UTP, GTP, CTP

• Sản phẩm của phiên mã là các RNA sợi đơn

CƠ CHẾ TỔNG HỢP RNA – PHIÊN MÃ

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

*) Giai đoạn khởi đầu:

+ sigma nhận diện đoạn nucleotit đặc hiệu để khởi đầu

sự phiên mã

+ Trong 2 sợi DNA chỉ có 1 sợi làm khuôn mẫu tham gia tổng hợp RNA theo nguyên tắc bổ xung Khi trình tự dạt tới 10nucleotit thì cấu trúc RNA polymerase thay đổi,

chuỗi sigma phón thích để rồi lại gắn vào mọt lõi enzim khacse khác

*) Giai đoạn kéo dài:

+ Khi tạo thành phân tử DNA-RNA ở giai đoạn đầu, lõi enzime di chuyển theo chiều dọc của phân tử DNA, tách

2 sợi kép, các ribonucleiotit tiếp tục gắn vào sau đoạn RNA đã được mở đầu theo chiều 5’-3’

+ Đoạn RNA mới được tổng hợp tách khỏi DNA khuôn

và sợi DNA đơn lại ghép lại với nhau

*) Giai đoạn kết thúc:

+Trong một số trường hợp sụ kết thúc của phiên mã với

sự có mặt của Rho và nó gắn vào RNA polymerase giúp enzime nhận biết kết thúc

+ Trong 1 số trường hợp khác, kết thúc ko có sự tham gia của Rho, chính phân tử DNA chứa tín hiệu kết thúc

Một phân tử RNA cấu trúc bậc một được tạo thành, phân

tử DNA sợi kép, lõi enzyme và yếu tố Rho được giải

phóng để thục hiện chu kì mới

Figure 8.7

The Process of Transcription

Figure 8.7

The Process of Transcription

Figure 8.11

RNA Processing in Eukaryotes

The Genetic Code

The Genetic Code

Simultaneous Transcription & Translation

The Process of Translation

Định nghĩa về gen

• Gen là đơn vị di truyền mang thông tin cho một

chuỗi polypeptide hoặc một phân tử RNA

• Có hai loại gen: gen cấu trúc và gen điều hòa

+ Gen cấu trúc: mã hóa cho chuỗi polypeptide hay phân

tử RNA phục vụ cho hoạt động trao đổi chất thông thường

+ Gen điều hòa: mã hóa cho các polypeptide để tạo các protein có chức năng điều hòa sự biểu hiện của gen

• Gen thường nằm trên một vùng nhất định của NST và có quan hệ trạng thái sinh lý của cơ thể sống

• Gen tự nó không tạo ra hay sinh ra bất cứ gì

• Một tập hợp gen hoàn chỉnh của tế bào sống gọi là bộ gen (genome)

Kích thước của gen

• Kích thước gen được xác định dựa trên bản đồ

di truyền và tần số trao đổi chéo

• Trung bình mổi gen của prokaryot có từ

800-1500 bp

Table 2.4

• Giá trị C là lượng DNA (picogram – 10 -12 gam) trong bộ gen

đơn bội của loài

• Có sự tương quan giữa lượng DNA và độ phức tạp của tổ chức sống Tuy nhiên ở một số lòai có lượng DNA nhiều hơn cần

thiết

• Lượng DNA thừa giữ vai trò điều hòa họat động của gen

Thông tin trong gen

1 Trong các nucleotide thành phần base là thông tin

2 Chuỗi các base coi là điển hình như chính thông tin di

truyền

Trình tự của nucleotide cung cấp 2 loại thông tin trong tổng hợp

protein

3 Các acid amin quy định trong gen là 3 chữ cái

4 Vị trí aa trong protein tạo nên cấu trúc cơ bản

Đoạn điều hòa: các đoạn nucleotide phản ứng với các dấu hiệu

hóa học trong và ngoài tế bào

Gen cấu trúc

• Gen cấu trúc ở các tổ chức sống khác nhau

không có sự giống nhau về nội dung thông tin

và cả độ ổn định ở vị trí nhất định trên phân

tử DNA

Gen ở prokaryotes

• Hầu hết các gen của prokaryotes được cấu tạo bởi các đoạn nucleotide không bị ngắt quảng bởi các đoạn không mã hóa.

• Gen cấu trúc của prokaryotes thường được

hoạt hóa từng nhóm, gọi là đơn vị phiên mã

đa cistron

• Đơn vị phiên mã: đoạn dẫn đầu, đoạn khởi

động, đoạn mã hóa, đoạn kết thúc

Gen ở eukaryotes

• Ở eukaryotes, đơn vị phiên mã là đơn cistron

• Gen ở eukaryotes đôi khi gọi là gen phân

mảng, thông tin nằm rải rác dọc theo phân tử DNA

Exon và intron

• Exon (từ expressed): mã hóa aa, intron (từ

intervening) không mã hóa cho aa nào.

• Intron thường có mặt ở vị trí nhất định

• Intron tách ra khỏi mRNA ngay khi được tổng hợp

Figure 14.2

Các yếu tố điều hòa

• Còn gọi là đoạn điều hòa, đơn vị điều hòa, hay đơn vị điều khiển

• Chúng nằm ở đầu gen cấu trúc (promoter, operator), giữa promoter và gen cấu trúc (attennuator)

• Upstream và downstream: vị trí của đọan gen so với

vị trí đối chứng

• Chúng tương tác với các phân tử protein hoặc các

phân tử protein cộng với phân tử đi kèm

Promoter (vùng khởi động): đoạn nucleotide nhận

biết bởi RNA polymerase, có khỏang 20 – 200 bp

- Ở vi khuẩn có hai đọan nucleotide gần giống nhau hộp Pribnow

- Ở eukaryot: hộp Hogness, có trình tự TATAAA, vị trí

19 - 27

Operator (vùng chỉ huy): đoạn nucleotide nằm giữa

promoter và gen cấu trúc, nơi bám của protein ức chế

Attenuator (vùng suy giảm): tìm thấy trong

nhóm gen mã hóa cho enzym sinh tổng hợp

acid amin

Enhancer (vùng tăng cường): làm tăng số lượng phân tử RNA polymerase để phiên mã gen cấu trúc

Gen mã hóa các protein và RNA

• “Một gen – một chuỗi polypeptide”

• Ở eukaryotes có ba loại RNA polymerase khác nhau

Chức năng của các RNA

Operon

Induction

Repression